Cari artikel

Senin, 11 Agustus 2014

Sifat-sifat perekat dan aplikasinya

Sifat-sifat perekat tidak hanya harus dapat memenuhi kebutuhan ikatan pada dalam akhir proses, tetapi juga harus bisa kompatibel dengan substrat dan kondisi pada proses terbentuknya ikatan. Umumnya proses pada perekatan pada kayu, perekat adalah jenis struktural, yaitu mereka mampu mentransfer beban diantara adherens. Meskipun demikian mereka dapat dibagi menjadi bagian yaitu: struktural, bagian semi-struktural dan non-struktural. Meskipun kekerasan perekat adalah hal yang dibutuhkan, tetapi perekat bisa menjadi terlalu kaku untuk beberapa aplikasi. Sedangkan perekat harus bisa kompatibel dengan kondisi ikatan pada penggunaan secara komersial. Karena itu perekat dari jenis heat-cured (perekat yang kering dengan pemanasan) merupakan perekat yang paling cocok untuk pembuatan panel karena beberapa alasan berikut ini:
  • Mereka lambat kering pada suhu kamar, sehingga tersedia cukup waktu untuk pelapisan komponen kayu dengan perekat dan handling pada saat perakitan.
  • Panas dan air akan melunakkan kayu sehingga memungkinkan terjadinya kontak yang lebih dekat antar permukaan kayu.
  • Dengan pemanasan, maka perekat akan kering dengan cepat, mengurangi timbulnya springback ketika tekanan dilepaskan.
Sedangkan lem dari jenis yang kering pada suhu kamar lebih cocok untuk laminasi yang tebal karena pemanasan lapisan dalam yang relatif sulit dilakukan pada papan yang tebal. Untuk manufacturing produk laminasi, maka biaya yang murah dan kecepatan merupakan faktor penting. Sedangkan untuk perekatan pada konstruksi, maka waktu yang lebih lama diperlukan karena akan mempermudah pengaturan pengeluaran lem dari cartride yang dibutuhkan karena diperlukannya waktu untuk membawa lem ke permukaan kontak. Dalam banyak aplikasi untuk produk non-kayu, perekat waterbase tidak cocok digunakan karena jeleknya pembasahan permukaan dan ketidak mampuan air untuk meninggalkan bondline. Sedangkan pada perekatan kayu, terjadinya penetrasi perekat ke dalam kayu tanpa over-penetrasi merupakan hal yang penting, dan tidak merupakan faktor yang bukan merupakan isu penting dalam perekatan dari bahan non kayu.
Pembentukan Polimer
Pengetahuan tentang struktur polimer mengarahkan ke pemahaman yang lebih baik mengenai sifat-sifat polimer yang sangat penting baik dalam proses ikatan maupun dalam kinerja akhir dari bahan yang terikat. Aspek polimer yang perlu dipertimbangkan dalam perekatan adalah: penggunaan (aplikasi), kelas, jenis, dan ukuran. Perekat dapat dikelompokkan tidak hanya oleh penggunaan struktural, semi-struktural, dan non-struktural, tetapi juga oleh kekuatan permanen dan daya tahan yang dimiliki. Kekuatan permanen adalah kekuatan untuk tetap lebih stabil daripada kayu di bawah kondisi lingkungan yang tidak berubah (ireversibel). Durabilitas adalah ketahanan untuk lebih kaku dari kayu, dan lebih stabil di bawah pengaruh lingkungan berubah  (reversibel).
Sifat aplikasi dari jenis polimer sangat dipengaruhi oleh struktur kimia polimer, sifat aplikasi yang berbeda akan membutuhkan bahan sifat mekanik yang berbeda, dengan yang sangat dipengaruhi oleh struktur kimia polimer. sifat-sifat polimer sangat dipengaruhi oleh kondisi di mana mereka diukur. Misalnya, perekat sebagian besar akan cenderung melunak dengan naiknya suhu sehingga akan mengurangi kekuatannya dalam menahan beban. Ketika perekat banyak menyerap molekul kecil, termasuk air, mereka akan melunak dan, dalam beberapa kasus, akan menimbulkan adanya retak yang akan meluas dan akhirnya menyebabkan kegagalan perekatan. Selain itu, sifat-sifat polimer juga akan banyak berubah dengan bertambahnya usia mereka. Jika polimer rentan terhadap reaksi oksidasi, maka dari waktu ke waktu hal ini dapat membuat bahan menjadi kaku (depoliymerize perekat), sehingga ikatan menjadi lebih lemah. Bahan kimia tertentu seperti seperti ozon, asam, dan basa juga dapat mengubah kinerja dari banyak perekat.
Kelas polimer ditentukan oleh bagaimana polimer dibangun. Beberapa jenis polimer merupakan homopolimer, seperti poly vynil asetate. Ini berarti bahwa polimer (AAA ...) terdiri dari unit monomer individu (A) yang semuanya sama. Sedangkan sebagian besar polimer terdiri dari dua atau lebih komponen, seperti A dan B. Salah satu cara terbentuknya komponen bersama-sama adalah sebuah proses acak di mana dua atau lebih unit monomer membentuk kopolimer (AAABAABBBB ...), tanpa ada urutan spesifik dari setiap komponen. Contoh kelas ini adalah karet styrene-butadiene yang digunakan dalam sealant dan mastik.
Cara lain untuk penyusunan komponen adalah model kopolimer bergantian (ABABABAB). Dua komponen juga dapat dikombinasikan dengan membuat blok co-polimer dimana terdapat rantai panjang yang terbuat dari monomer A yang melekat pada monomer B dan seterusnya. Seringkali komponen A dan B tidak bisa compatible dalam berpolimer, sehingga bahan cenderung memisahkan diri menjadi domain individu, contohnya adalah pada ko polimer polyurethane dan styrenated. Sementara ko polimer acak dan bergantian menunjukkan sifat rata-rata dari homopolimer, kopolimer blok sering menunjukkan sifat yang berbeda yang mungkin tidak sesuai dengan salah satu sifat dari homopolimer. Cara bereaksi yang keempat dari dua monomer adalah proses pencangkokan, dimana monomer B terpasang di sepanjang sisi dari polimer backbone A. Contohnya adalah reaksi pencangkokan (grafting) polimer acrylate ke styrenated backbone.
Jenis polimer dapat digunakan untuk mengelompokkan adhesive dengan topologi independent yang berbeda dari kelompok mereka, menurut kelasnya. Jenis polimer yang sama dapat berupa homopolimer atau kopolimer. Salah satu jenisnya adalah polimer linier di mana semua unit monomer masuk dari kepala ke ekor menghubungkan dengan satu sama lain untuk membentuk rantai polimer. Polyethylene dan polypropylene adalah untuk polimer yang paling linear. Namun, dalam polyethilene, sering ada cabang dari rantai linear; sifat dari polimer bisa berubah secara dramatis sesuai dengan jenis dan derajat perubahan dari percabangan. Perubahan dari Polyethylene linier dengan density tinggi ke polyethylene dengan sedikit bercabang dengan density yang rendah dan ke polyethylene dengan cabang yang banyak dan density yang sangat rendah, akan mengakibatkan perubahan pada: titik leleh (melting point), fleksibilitas (flexibility), dan kekuatan (strength). Jenis lain mengklasifikasikan polimer berdasarkan apakah mereka membentuk crosslinking yang termoseting atau tidak membentuk crosslinking yang bersifat termoplastik. Beberapa perekat kayu bersifat termoplastik, termasuk uncrosslinked poly (vinyl acetate) dan hot melt adhesives. Masalah yang muncul pada adhesive yang termoplastik adalah bahwa pada suhu yang tinggi atau tingkat kadar air tertentu, mereka akan mengalir, cenderung untuk creep (mengalir pada keadaan di bawah tekanan dari waktu ke waktu). Untuk aplikasi struktural dan semi-struktural problem creep ini sangat tidak diinginkan. Karena itu sebagian besar perekat kayu adalah bahan yang termoseting. Itilah termoseting ini digunakan untuk menunjukkan ikatan crosslinking dari polimer meskipun proses pengeringannya tidak mungkin disebabkan oleh panas. Hot press adhesive pasti termoset karena mereka membutuhkan aktivasi panas untuk mengembangkan crosslinking. Di sisi lain jenis perekat moisture-cured adhesives, seperti beberapa jenis polyurethane dan silikon, akan membentuk ikatan crosslinking tidak dengan panas, tetapi dengan adanya air.
Variasi lain pada backbone polimer melibatkan apakah struktur yang terbentu adalah aliphatic linear, seperti halnya dengan polyethylene, atau apakah mereka mempunyai  struktur siklik, seperti cylcohexane atau cincin aromatik. Sifat siklis dari monomer membuat polimer jauh lebih kaku karena memiliki kemampuan yang kurang untuk memutar di sekitar backbone ikatan. Cincin aromatik membuat perekat lebih kaku akibat rotasi kurang pada backbone tersebut. Banyak perekat kayu cenderung terbuat dari senyawa siklis, termasuk phenol, resorcinol, dan melamin, untuk menghasilkan polimer yang lebih kaku dengan suhu glass transition yang  tinggi.
Faktor lain dalam sifat-sifat polimer adalah ukuran atau berat molekul. Ini adalah area yang menggambarkan persaingan dari dua hal alami yang ditunjukkan oleh perekat. Untuk pembentukan ikatan, perekat membutuhkan supaya bisa mengalir dan menembus ke lumen dan dinding sel dengan baik, cocok untuk perekat dengan berat molekul rendah. Namun, setelah ikatan terbentuk, diharapkan supaya produk tersebut memiliki ketahanan yang besar terhadap aliran, yang cocok untuk bahan dengan berat molekul yang tinggi. Sebuah perekat dengan berat molekul tinggi akan cenderung untuk kering lebih cepat karena membutuhkan lebih sedikit reaksi untuk membentuk produk yang keras. Polimer dengan berat molekul tinggi dapat menyebabkan masalah kelarutan dan stabilitas pada perekat. Dengan demikian, dalam memformulasi polymer untuk digunakan sebagai perekat, maka diperlukan keseimbangan antara berat molekul yang rendah untuk pembasahan dan berat molekul yang lebih tinggi untuk pengeringan yang lebih cepat dan untuk menahan aliran pada saat ikatan sudah terbentuk.
Selain perbedaan-perbedaan yang jelas dalam formulasi, perubahan kondisi curing dapat memberikan efek pada sifat-sifat resin. Hal ini banyak diketahui pada lem epoxy yang menunjukkan bahwa adanya pemanasan tambahan menyebabkan tambahan reaksi crosslinking yang terjadi. Suatu lem epoxy yang kering pada suhu kamar akan menjadi kaku sehingga kelompok tersisa yang tidak bereaksi dan secara fisik dapat menemukan satu sama lain. Ketika epoxy dipanaskan, mobilitas dari plymer  meningkat, yang memungkinkan kelompok tambahan untuk datang ke dan melakukan kontak fisik untuk menambahkan lebih banyak ikatan crosslink dalam matriks, membuat produk yang lebih kaku dan biasanya juga menjadi lebih rapuh. Efek ini juga telah diamati pada resin phenolik, yang dalam  post cure dipengaruhi oleh tingkat pengeringan maupun sifat mekanik. Hal ini penting untuk diketahui dalam produksi komposit. Untuk particle board, strandboard, dan fiberboard, perekat di dekat permukaan pada suhu yang lebih tinggi untuk waktu yang lebih lama dan pada kadar air yang lebih rendah dibandingkan dengan perekat di bagian  tengah. Gradien dari panas dan kelembaban dapat menyebabkan kurangnya polimerisasi dan ikatan crosslinking yang terjadi di tengah.
Masalah utama pada pengeringan dapat dikurangi dengan menggunakan resin lebih cepat bereaksi atau resin berat molekul yang lebih tinggi pada core dibandingkan pada bagian face. Namun demikian, gradien dalam kecepatan reaksi dapat mempengaruhi sifat-sifat dari board dan membuat penelitian tentang proses curing menjadi sangat sulit.